舱口盖是船舶货舱开口的关闭装置，肩负着密封舱口、保护货物和支撑平台的重要作用。由于在船舶营运过程中，舱口盖将承受货物和甲板上浪等外部载荷，这就要求其必须具有足够的强度，鉴于此，各大船级社规范都对船舶舱口盖的强度校核提出了计算要求。近些年来，随着舱盖设计技术和构造形式的变化，原有的经验公式和简单计算方法己经无法满足舱盖设计的发展，而有限元强度分析方法由于其可以方便地处理较为复杂的结构，且计算结果直观，精度较高，在舱盖的设计中能有效地控制重量，优化结构，因此得到了广泛运用。
      本研究基于CCS《国内航行海船建造规范2012》中关于船舶舱盖强度计算的要求，介绍了舱盖有限元分析的流程，并结合实船算例，探讨了船舶舱盖设计优化的方法。
      有限元模型的建立应基于结构的形式。舱盖一般采用纵横结构形式，以纵骨架式的舱盖为例，其舱盖载荷作用于顶板，主要由纵骨承受并传递到强横梁上，强横梁再通过强纵析传递到两端支撑结构，最后将力传递到甲板舱口围上。
      使用大型有限元软件MSC.Patran建立模型，建模原则根据CCS《国内航行海船建造规范2012》关于结构强度直接计算的要求进行。三维有限元模型应能够准确描述舱盖的几何形状，模型中所有的板，包括强横梁和强纵析的腹板和面板，应采用板单元模拟，并尽量减少使用三角形单元，特别是在结构应力集中区域避免采用三角形单元，横梁和纵骨等普通扶强材一般使用梁单元模拟。模型网格的大小应根据普通扶强材的间距来确定，尽量采用比较方正的单元模拟，强横梁和强纵析等主要支撑构件的腹板在高度方向上应至少分布3个单元，板单元的长宽比不得大于3。
      边界条件的设置对计算结果有很大的影响，应根据结构的实际工作情况来合理地确定有限元模型的边界。因为舱口盖是放置于舱口围板之上，由支撑块、限位块和锁紧装置对其进行固定，所以边界条件应根据这些装置的布置情况对舱盖模型施加约束。一般情况下，按照船体坐标系，支撑块处应约束Z方向的线位移，横向限位块应约束Y方向的线位移，纵向限位块应约束X方向的线位移。当然，在舱盖的设计中，限位支撑装置往往会出现纵横向限位
块或者支撑块兼限位块等情况，这就要按照实际情况对舱盖施加以上三种约束的组合。
      有一些设计人员在舱盖强度计算中，将整个舱盖的侧板下沿都施加了Z方向约束，这会使计算结果的应力水平偏小，特别是在支撑块处的应力下降得特别明显，从而使结果更容易符合规范的要求。然而，这种边界条件的设置实际上是不正确的，也符合舱盖工作的原理。一般情况下，舱盖的风雨是通过安装在其侧板下沿的橡胶圈与舱口围的接来保持固定，橡胶圈在弹性范围内受到弹性力挤以确保舱盖与舱口围间无间隙，这个挤压力不能大，否则橡胶圈在舱盖的挤压力作用下会受到破坏失效，因此设计过程中，要求舱盖的支撑由支撑来承担。实际上，相对于支撑块的支撑力作用，橡圈处的弹性力很小，可以忽略不计，所以有限元模的Z方向约束应仅施加在支撑块位置处。
      舱盖有限元计算的载荷一般包括均布载荷和中载荷。以普通集装箱船舱盖为例，一般应计算雨载荷工况和集装箱载荷工况。其中风雨载荷根。规范要求值，以均布载荷的方式施加在舱盖顶板士集装箱载荷根据集装箱布置情况以集中力的方式加在集装箱箱角位置，其大小应根据舱盖的设计用堆重和箱角布置情况来确定。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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